Bahnbatterieladegeräte für effiziente und umweltfreundliche Lokomotiven
09.09.2022
Der Ersatz des Verbrennungsmotors (internal combustion engine, ICE) durch den Elektromotor gilt als Schlüssel zur Verringerung der Umweltverschmutzung im Straßenverkehr, aber der Trend beschränkt sich nicht auf die Straße: Auch die Umrüstung von Diesellokomotiven auf Elektro- oder Hybridbetrieb gewinnt zunehmend an Bedeutung als Maßnahme zur Reduzierung von Emissionen und zur Bekämpfung der globalen Erwärmung.
Für Lokomotiven bietet die Umstellung auf elektrischen Antrieb zahlreiche Vorteile, darunter eine Reduzierung der NOx-Emissionen, des Geräuschpegels und des Kraftstoffverbrauchs sowie eine verbesserte Wartungsfreundlichkeit und höhere Zuverlässigkeit. Bei den meisten Diesellokomotiven wird der Dieselmotor nicht zum direkten Antrieb der Räder eingesetzt. Stattdessen treibt der Dieselmotor einen Generator an, der Elektromotoren an den Rädern versorgt. Da das System von vornherein teilweise elektrisch ausgelegt ist, erscheint es relativ einfach, den Dieselmotor zu entfernen und die Energie direkt aus vorhandenen Hochspannungsleitungen zu beziehen.
Ein rein elektrischer Ansatz funktioniert gut bei vollständig elektrifizierten Eisenbahnen, jedoch sind Oberleitungen im Rangierbetrieb nicht immer verfügbar. Stattdessen setzen Bahnbetreiber auf Hybridlokomotiven („Dual-Power“ in der Bahnterminologie), die primär mit Batteriestrom betrieben werden, während ein kleiner Dieselmotor einen Generator antreibt, der als Hilfsenergiequelle dient, wenn die Batterie erschöpft ist. Ein deutsches Güterbahnunternehmen ersetzt schrittweise seine bestehenden Diesellokomotiven durch umweltfreundlichere Hybridlokomotiven. Das Unternehmen plant, rund 900 ältere Lokomotiven zu ersetzen. Die ersten Güterzuglokomotiven gingen 2023 in Betrieb, die Rangierlokomotiven folgten 2024. Nach vollständiger Einführung der Hybridlösungen erwartet der Betreiber eine Reduzierung des Energieverbrauchs um 30 Prozent sowie eine Einsparung von rund 1 Million Liter Diesel pro Jahr.
Die neuen Rangierlokomotiven nutzen ein 850V Lithium-Ionen-Batteriepaket als primäre Energiequelle, das die 80 Tonnen schwere Rangierlokomotive mit 500kW Traktionsleistung versorgt. Das System verfügt außerdem über ein bordeigenes Ladegerät im Bereich von 15–20kW, um die Batterien zu laden, während die Lokomotive im Depot steht. Hier kommt RECOM ins Spiel. In Zusammenarbeit mit einem der größten Tier-One-Zulieferer für Bahnstromsysteme und elektrische Ausrüstung hat unsere Bahntechnik-Abteilung den Zuschlag für die Lieferung der On-Board-Bahnbatterieladegeräte für die ersten 80 Hybrid-Rangierlokomotiven erhalten, weitere Aufträge werden erwartet.
In diesem Fall konnte RECOM ein Standarddesign mit modifizierten Anschlüssen anbieten, das alle erforderlichen Funktionen sowie die Konformität mit bahnspezifischen Anforderungen in einer kompakten Einheit vereint. Das Design basiert auf dem bestehenden RMOC18k von RECOM, das ursprünglich für das Laden von Fahrzeugbatterien im Straßenverkehr entwickelt wurde, sich jedoch auch ideal für den Einsatz als Bahnbatterieladegerät im Depot eignet.
Mit einem 3-phasigen 400V AC-Stromeingang, der über die branchenübliche CEE32A-Steckdose versorgt wird, kann das RMOC18k eine Ausgangsleistung von bis zu 18kW bei einer Ausgangsspannung von bis zu 920VDC bereitstellen. RECOM übernimmt alle bahnspezifischen Zulassungen sowie die mechanische Auslegung der speziellen Anschlüsse und der Montage.
Abbildung 1 zeigt das grundlegende RMOC18K sowie die vorgeschlagene Gehäusekonfiguration für den Einsatz in der Hybridlokomotive.
Ein rein elektrischer Ansatz funktioniert gut bei vollständig elektrifizierten Eisenbahnen, jedoch sind Oberleitungen im Rangierbetrieb nicht immer verfügbar. Stattdessen setzen Bahnbetreiber auf Hybridlokomotiven („Dual-Power“ in der Bahnterminologie), die primär mit Batteriestrom betrieben werden, während ein kleiner Dieselmotor einen Generator antreibt, der als Hilfsenergiequelle dient, wenn die Batterie erschöpft ist. Ein deutsches Güterbahnunternehmen ersetzt schrittweise seine bestehenden Diesellokomotiven durch umweltfreundlichere Hybridlokomotiven. Das Unternehmen plant, rund 900 ältere Lokomotiven zu ersetzen. Die ersten Güterzuglokomotiven gingen 2023 in Betrieb, die Rangierlokomotiven folgten 2024. Nach vollständiger Einführung der Hybridlösungen erwartet der Betreiber eine Reduzierung des Energieverbrauchs um 30 Prozent sowie eine Einsparung von rund 1 Million Liter Diesel pro Jahr.
Die neuen Rangierlokomotiven nutzen ein 850V Lithium-Ionen-Batteriepaket als primäre Energiequelle, das die 80 Tonnen schwere Rangierlokomotive mit 500kW Traktionsleistung versorgt. Das System verfügt außerdem über ein bordeigenes Ladegerät im Bereich von 15–20kW, um die Batterien zu laden, während die Lokomotive im Depot steht. Hier kommt RECOM ins Spiel. In Zusammenarbeit mit einem der größten Tier-One-Zulieferer für Bahnstromsysteme und elektrische Ausrüstung hat unsere Bahntechnik-Abteilung den Zuschlag für die Lieferung der On-Board-Bahnbatterieladegeräte für die ersten 80 Hybrid-Rangierlokomotiven erhalten, weitere Aufträge werden erwartet.
In diesem Fall konnte RECOM ein Standarddesign mit modifizierten Anschlüssen anbieten, das alle erforderlichen Funktionen sowie die Konformität mit bahnspezifischen Anforderungen in einer kompakten Einheit vereint. Das Design basiert auf dem bestehenden RMOC18k von RECOM, das ursprünglich für das Laden von Fahrzeugbatterien im Straßenverkehr entwickelt wurde, sich jedoch auch ideal für den Einsatz als Bahnbatterieladegerät im Depot eignet.
Mit einem 3-phasigen 400V AC-Stromeingang, der über die branchenübliche CEE32A-Steckdose versorgt wird, kann das RMOC18k eine Ausgangsleistung von bis zu 18kW bei einer Ausgangsspannung von bis zu 920VDC bereitstellen. RECOM übernimmt alle bahnspezifischen Zulassungen sowie die mechanische Auslegung der speziellen Anschlüsse und der Montage.
Abbildung 1 zeigt das grundlegende RMOC18K sowie die vorgeschlagene Gehäusekonfiguration für den Einsatz in der Hybridlokomotive.
Wie Abbildung 2 zeigt, umfasst das On-Board-Lademodul den RMOC18K als Hauptstromversorgung zur Versorgung von zwei Batterien sowie alle erforderlichen Funktionen zur Erfüllung der Kundenspezifikationen, darunter Ausgangsspannungs- und Strommessung, Statusanzeigeleuchten, Ausgangssicherungen, Verpolungsschutz und Überspannungsschutz.
Bahnbatterieladegeräte für niedrigere Leistungen und skalierbare Anwendungen
RECOM bietet außerdem mehrere Standard-Bahnbatterieladegeräte mit kaskadierbaren Leistungsstufen an, die für den Einsatz in Schienenfahrzeugen, an Gleisanlagen oder in verschiedensten Bereichen der Eisenbahninfrastruktur ausgelegt sind. Die SA320x- und SA500x-Familien sind kompakte Batterieladegeräte mit einer Einzelleistung von 3,2kW bzw. 5kW. Sie erreichen einen Wirkungsgrad von 94% und verfügen über eine aktive Leistungsfaktorkorrektur (PFC) mit einem Leistungsfaktor von 0,9 bei Volllast. Die Batterieladegeräte bieten zudem umfassende Eingangsschutzfunktionen (Einschaltstrombegrenzung, EMI-Filter und Sicherungen) sowie Ausgangsschutzfunktionen (Überspannung, Überstrom, Kurzschluss und Übertemperatur).
Die Ladegeräte verfügen außerdem über eine Current-Sharing-Funktion, die einen Parallelbetrieb zur Erhöhung der Ausgangsleistung oder einen redundanten n+1-Betrieb ermöglicht. Die Geräte arbeiten mit 3-Phasen 380–440VAC, ohne dass ein Neutralleiteranschluss oder ein Hochspannungs-DC-Eingang erforderlich ist. Sie erfüllen relevante Bahn- und Industrienormen wie:
Die Ladegeräte verfügen außerdem über eine Current-Sharing-Funktion, die einen Parallelbetrieb zur Erhöhung der Ausgangsleistung oder einen redundanten n+1-Betrieb ermöglicht. Die Geräte arbeiten mit 3-Phasen 380–440VAC, ohne dass ein Neutralleiteranschluss oder ein Hochspannungs-DC-Eingang erforderlich ist. Sie erfüllen relevante Bahn- und Industrienormen wie:
- EN 50155
- EN 62368-1
- EN 50121-3-2
- EN 50121-4
- EN 50124-1
- EN 50129
- EN 61373
- EN 45545-2
Weitere Merkmale umfassen Überwachungsausgänge zur Batteriestrommessung sowie eine RS485 MODBUS- oder CAN J1939-Schnittstelle für die Datenkommunikation.
Anwendungen
